Nature子刊：用菠菜检测有机污染物的纳米仿生学！

植物叶片是多环芳烃等空气污染物的主要富集部位，根部对于二硝基苯和二硝基甲苯等有机污染物具有显著的富集作用。10 nm以下的纳米颗粒和植物蛋白或大分子的尺寸相当，受植物启发的纳米仿生学旨在通过纳米颗粒和植物的相互作用赋予植物新的功能，譬如空气、土壤或地下水中污染物的传感检测和通讯。

 

有鉴于此，Wong等人发现，通过对菠菜进行纳米仿生改造，可以对常规地下水中污染物实现智能预富集和自动进样功能，并可以作为红外通讯平台，将监测信息传递到智能手机。

 

 

图1. 纳米仿生改造的活体植物监测硝基芳香化合物并进行红外通讯

 

这种纳米仿生的活体植物包括一对近红外荧光纳米传感器：1）和多肽Bombolitin II连接的SWCNT，通过红外荧光激发来识别硝基芳香物。2）PVA修饰的SWCNT包埋于叶肉中，作为固定的参比信号。

当土壤中的硝基芳香物被植物根部吸收并传递到叶片组织，会在叶肉中富集，导致激发信号强度的变化。对包埋于叶肉中的SWCNT传感器实时监测计算结果表明，污染物在根部、杆部的停留时间约为8.3 min mm^-1，叶部的停留时间约为1.9 min mm^-1。

 

总之，这项研究证明了利用纳米技术改造野生植物，用于监测地下水并传递信号到电子设备的可行性。

 

 

 

图2. 纳米仿生改造的菠菜检测苦味酸

 

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Min Hao Wong, Michael S. Strano et al. Nitroaromatic detection and infrared communication from wild-type plants using plant nanobionics. Nature Materials  2016.